相對論和量子力學之間的矛盾是什麼?

“物理”,是人類研究宇宙中物質基本結構和物質運動規律的學科,簡單來說,物理就是一門探索宇宙本質,挖掘宇宙起源奧秘的學問。地球上的每個人都想找到生命的意義,可是生命存在的“意義”沒有標準答案,每個人都能找到屬於自己的意義,而在物理學中,我們可以去探索宇宙存在的意義,以及宇宙演化的過程。

相對論和量子力學之間的矛盾是什麼?

每當我們提到科學家,第一時間想到的肯定是物理學家的名字,比如說“牛頓”“愛因斯坦”“霍金”這些知名的科學家都是物理學家,同時物理學家的數學一般都不會太差,這些頂級物理學家都是超乎我們想象的“天才”。

物理學家的偉大在於他們的發現可能會改變整個世界,物理學一直在塑造著我們對這個宇宙的基本認知,比如說愛因斯坦的廣義相對論直接改變了我們對時空的認知,哈勃證明了宇宙在膨脹,直接改變了人類對宇宙整體的認知,量子力學的誕生改變了我們對微觀粒子的認知,甚至讓我們對宇宙的本質產生了懷疑。

相對論和量子力學之間的矛盾是什麼?

目前,人類物理學兩大理論基礎是“相對論”和“量子力學”,可以說人類對宇宙的全部認知都包括在這兩個理論中了,可是這兩個理論之間卻存在著和比較大的“矛盾”,為什麼量子力學和相對論無法相容呢?

相對論

相對論,是愛因斯坦提出的理論,可以分為“狹義相對論”和“廣義相對論”,是一門研究“時空”和“引力”的理論,在最近一些年,物理學家認為人類現在的物理理論可以分為“經典理論”和“非經典理論”,所有的量子理論都屬於“非經典理論”,如果從這個角度去思考的話,相對論也應該屬於“經典”理論,這裡的經典是指類似於經典力學這種建立於人類的認知和常識的理論。

相對論和量子力學之間的矛盾是什麼?

愛因斯坦的相對論對人類世界影響深遠,遠遠要比量子力學的影響大,狹義相對論的質能方程成為了人類核能的基礎,不論是核電站還是原子彈都建立在質能方程這個理論基礎之上。

在人類的傳統認知中,質量和能量是八竿子打不著的兩個觀點,但是在相對論中指出,質量和能量其實是等價的,物質具備的能量會以質量的形式體現出來,因此所以的物質其實就具備著大量的能量,但是隻有在十分極端的環境下,物質內具備的能量才能被釋放出來。

相對論和量子力學之間的矛盾是什麼?

在廣義相對論中,重新定義了時空和引力,經典力學崛起於牛頓定義了引力這個概念,愛因斯坦第二次定義了引力,他認為引力並不是某種力,是“時空彎曲”,一個物體的質量會引起時空的彎曲,質量越大,物體的密度越高,讓時空彎曲的程度就越高。不只是空間會彎曲,時間也會彎曲,因為時間的本質就是在描述物體運動快慢的物理量,當空間產生彎曲時,物體在這個彎曲空間移動的時間也會相對變慢。

相對論主要研究在高速運動和強引力場的情況下物質的規律,可以說相對論就是人類研究宇宙中宏觀物體的理論基礎。

相對論和量子力學之間的矛盾是什麼?

量子力學

相對論的提出,間接的促使了量子力學的誕生,愛因斯坦也為量子力學提供了許多幫助,他是量子力學重要的奠基人之一。

相對論和量子力學之間的矛盾是什麼?

時至今日,量子力學仍然是最讓人費解和疑惑的理論,因為量子力學中的一些現象完全顛覆了我們的認知,並且在經典力學中完全沒有類似的現象,相對論只要你仔細思考一下就會會發現,愛因斯坦的理論還是很合理的,但是量子力學中的想象會讓你懷疑這個世界的本質。

相對論和量子力學之間的矛盾是什麼?

在薛定諤這個貓這個思想實驗中,貓的生死由鐳的衰變決定,但是鐳的衰變時間是無法預估的,它可能已經衰變了,也可能永遠不會衰變,只有你開啟裝著貓的盒子才能判斷這個貓的生死,但是你開啟盒子的動作會導致貓咪的死亡,所以在你沒有觀察這個貓的時候,貓的狀態就和鐳一樣,處於“又生又死”兩種狀態的疊加態中。

後續的一系列研究指出,觀察者的觀察可能會影響宇宙中已經發生的客觀現實,在我們觀察不到的地方,所有的量子都是處於“波粒二象性”的疊加態中,只有在我們觀察後才能確定這個量子的狀態。

還有“量子糾纏”這樣的神奇現象,我們暫時無法解釋為什麼量子糾纏後的兩個量子可以在瞬間做出變化,即使這種變化不傳遞資訊,它仍然是超遠距離的“瞬間作用”。

相對論和量子力學之間的矛盾是什麼?

量子力學主要是研究宇宙最基本單位的構成和變化,也就是各種基本粒子是怎麼組成我們這個宇宙的。

量子力學和相對論的矛盾

很多人認為,量子力學和相對論的矛盾是因為“量子糾纏”這個現象無法解釋,因為在相對論中是不允許超光速現象存在的。

其實相對論和量子力學最大的矛盾並不是量子糾纏,而是兩個理論對於四大基本力的解釋無法相容,同時在數學上也無法相容。量子力學目前已經統一了宇宙中的三種基本力:“電磁力”“弱力”“強力”,但是量子力學無法解釋引力的是怎麼存在的。

相對論和量子力學之間的矛盾是什麼?

量子力學認為宇宙中的一切現象和力的傳遞都可以被視為基本粒子交換產生的,但是引力無法量子化,量子力學為了解釋引力塑造出了“引力子”這個概念,但是始終沒有找到真正的引力子,相對論對引力的描述才是最正確最合理的。同時在數學上,兩者也無法相容,無法被歸納於一個標準模型下,可以說引力是量子力學解釋整個宇宙的最後一塊拼圖,但是量子力學似乎對引力有些無能為力。

除此之外,兩個理論的宇宙觀也存在矛盾,從量子力學的角度去思考,這個宇宙是遵從“決定論”的,而在量子力學中,宇宙的本質是非決定論,一切都是不確定的。

相對論和量子力學之間的矛盾是什麼?

量子力學和相對論是從不同尺度描述宇宙的兩個理論,一個描述宏觀,一個描述微觀,存在無法相容的地方很正常。或許人類未來的理論,可以整合這兩個理論,成為真正的“大一統理論”。

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